Scheda Tecnica LED Infrarosso SIR383C 5mm - Package 5mm - Tensione Diretta 1.6V - Lunghezza d'Onda 875nm - Potenza 150mW - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il SIR383C è un diodo emettitore infrarosso (IR) ad alta intensità da 5mm. È incapsulato in un package plastico trasparente ed è progettato per emettere luce con una lunghezza d'onda di picco di 875 nanometri (nm). Questo dispositivo è spettralmente compatibile con i comuni fototransistor al silicio, fotodiodi e moduli ricevitori IR, rendendolo una sorgente ideale per varie applicazioni di rilevamento e trasmissione a infrarossi.

I vantaggi principali di questo componente includono l'alta affidabilità, l'elevata intensità radiante in uscita e il basso requisito di tensione diretta. È realizzato con materiali privi di piombo (Pb-Free) e rispetta le normative ambientali pertinenti, tra cui RoHS, REACH UE e standard alogeni-free (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). La spaziatura standard dei terminali di 2.54mm facilita l'integrazione in schede a circuito stampato (PCB) standard.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Corrente Diretta Continua (I_F): 100 mA
• Corrente Diretta di Picco (I_FP): 1.0 A (Larghezza di Impulso ≤ 100μs, Ciclo di Lavoro ≤ 1%)
• Tensione Inversa (V_R): 5 V
• Temperatura di Esercizio (T_opr): da -40°C a +85°C
• Temperatura di Conservazione (T_stg): da -40°C a +100°C
• Temperatura di Saldatura (T_sol): 260°C (per ≤ 5 secondi)
• Dissipazione di Potenza (P_d): 150 mW (a o al di sotto di 25°C in aria libera)

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche (T_a= 25°C)

Questi sono i parametri di prestazione tipici nelle condizioni di test specificate.

• Intensità Radiante (I_e): Tipicamente 20 mW/sr a I_F= 20mA. In condizioni pulsate (I_F= 100mA, Impulso ≤ 100μs, Duty ≤ 1%), può raggiungere 95 mW/sr, e fino a 950 mW/sr a I_F= 1A con gli stessi vincoli di impulso.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p): 875 nm (a I_F= 20mA)
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ): 80 nm (a I_F= 20mA)
• Tensione Diretta (V_F): 1.3 V (Tipico), 1.6 V (Massimo) a I_F= 20mA
• Corrente Inversa (I_R): 10 μA (Massimo) a V_R= 5V
• Angolo di Visione (2θ_1/2): 20 gradi (a I_F= 20mA)

Nota: Le incertezze di misura sono ±0.1V per V_F, ±10% per I_e, e ±1.0nm per λ_p.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche essenziali per i progettisti.

3.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva di derating mostra come la massima corrente diretta continua ammissibile diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. Una corretta gestione termica richiede la consultazione di questo grafico per prevenire il surriscaldamento e garantire l'affidabilità a lungo termine.

3.2 Distribuzione Spettrale

Il grafico illustra la potenza radiante relativa in uscita lungo lo spettro di lunghezze d'onda, centrato sul picco di 875nm. La larghezza di banda di 80nm indica l'intervallo di lunghezze d'onda emesse, importante per l'adattamento alla curva di sensibilità del sensore ricevente.

3.3 Lunghezza d'Onda di Picco vs. Temperatura Ambiente

Questa curva dimostra lo spostamento della lunghezza d'onda di picco (λ_p) con i cambiamenti della temperatura ambiente. Comprendere questa deriva termica è fondamentale per le applicazioni che richiedono un allineamento preciso della lunghezza d'onda.

3.4 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

La curva I-V è fondamentale per la progettazione del circuito, mostrando la relazione non lineare tra la corrente attraverso il LED e la tensione ai suoi capi. Aiuta nella selezione di resistori limitatori di corrente appropriati e nei requisiti dell'alimentatore.

3.5 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questo grafico mostra l'uscita ottica (intensità radiante) in funzione della corrente di pilotaggio. Tipicamente è sub-lineare a correnti più elevate a causa di effetti termici e di efficienza, evidenziando l'importanza di pilotare il LED entro il suo intervallo ottimale.

3.6 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo diagramma polare definisce il modello di emissione spaziale o l'angolo di visione del LED. L'angolo di visione di 20 gradi indica un fascio relativamente focalizzato, adatto per applicazioni IR direzionali.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package

Il SIR383C è alloggiato in un package standard per LED rotondo da 5mm. Le dimensioni chiave includono un diametro del corpo di 5.0mm, una spaziatura tipica dei terminali di 2.54mm e una lunghezza complessiva. Il catodo è tipicamente indicato da: 1) un lato piatto sul bordo della lente del LED, e 2) il terminale del catodo è solitamente più corto di quello dell'anodo. Tutte le dimensioni hanno una tolleranza di ±0.25mm salvo diversa specifica. I progettisti devono fare riferimento al disegno meccanico dettagliato nella scheda tecnica per il posizionamento esatto e il design dell'impronta.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione corretta è cruciale per mantenere l'integrità e le prestazioni del dispositivo.

5.1 Formatura dei Terminali

• La piegatura deve avvenire ad almeno 3mm dalla base del bulbo in epossidico.
• Formare i terminali prima della saldatura ed evitare sollecitazioni sul package.
• Tagliare i terminali a temperatura ambiente, non quando sono caldi.
• Assicurarsi che i fori del PCB siano perfettamente allineati con i terminali del LED per evitare stress di montaggio.

5.2 Conservazione

• Conservare a ≤ 30°C e ≤ 70% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione è di 3 mesi in queste condizioni.
• Per una conservazione più lunga (fino a 1 anno), utilizzare un contenitore sigillato con atmosfera di azoto e essiccante.
• Evitare rapidi cambiamenti di temperatura in ambienti umidi per prevenire la condensa.

5.3 Saldatura

Mantenere una distanza minima di 3mm tra il punto di saldatura e il bulbo in epossidico.

• Saldatura Manuale: Temperatura della punta del saldatore ≤ 300°C (per saldatore max 30W), tempo di saldatura ≤ 3 secondi.
• Saldatura ad Onda/Per Immersione: Preriscaldamento ≤ 100°C (max 60 sec), bagno di saldatura ≤ 260°C per ≤ 5 secondi.
• Evitare sollecitazioni sui terminali durante e immediatamente dopo la saldatura mentre il dispositivo è caldo.
• Non eseguire la saldatura per immersione/manuale più di una volta.
• Lasciare raffreddare gradualmente il LED a temperatura ambiente, proteggendolo da urti o vibrazioni durante il raffreddamento.

5.4 Pulizia

• Se necessario, pulire solo con alcol isopropilico a temperatura ambiente per ≤ 1 minuto. Asciugare all'aria.
• Evitare la pulizia ad ultrasuoni. Se assolutamente necessaria, qualificare preventivamente i parametri del processo per assicurarsi che non si verifichino danni.

5.5 Gestione Termica

La gestione termica deve essere considerata durante la fase di progettazione dell'applicazione. La corrente di esercizio deve essere ridotta (derated) secondo la curva Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente per prevenire un'eccessiva temperatura di giunzione, che può degradare le prestazioni e la durata.

6. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

6.1 Specifiche dell'Etichetta

L'etichetta del prodotto include informazioni come il Numero di Parte del Cliente (CPN), il Numero di Prodotto (P/N), la Quantità per Confezione (QTY) e vari gradi di prestazione (CAT per l'intensità, HUE per la lunghezza d'onda, REF per la tensione), insieme al Numero di Lotto e ai codici data.

6.2 Quantità per Confezione

La confezione standard è di 500 pezzi per busta, con 5 buste per scatola interna. Una scatola standard contiene 10 scatole interne, per un totale di 5000 pezzi.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Unità Telecomando a Infrarossi: La sua alta intensità radiante, specialmente in funzionamento pulsato, la rende adatta per telecomandi a lungo raggio o ad alta potenza.
• Rilevatori di Fumo: Utilizzato nei rilevatori di fumo fotoelettrici dove un fascio IR viene diffuso dalle particelle di fumo su un ricevitore.
• Sistemi Applicativi a Infrarossi: Trasmissione IR generica per collegamenti dati, sensori di prossimità, contatori di oggetti e automazione industriale.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Pilotaggio della Corrente: Utilizzare una sorgente di corrente costante o un resistore limitatore di corrente in serie con il LED. Fare riferimento alle curve I-V e di derating.
• Pulsazione per Uscita Maggiore: Per applicazioni che richiedono un'intensità istantanea molto elevata (es. trasmissione a lungo raggio), utilizzare le specifiche di pilotaggio pulsato (I_FPfino a 1A con limiti rigorosi sul ciclo di lavoro).
• Adattamento Spettrale: Assicurarsi che il ricevitore (fototransistor, fotodiodo o modulo IR) abbia una sensibilità di picco intorno a 875nm per una forza del segnale ottimale.
• Progettazione Ottica: L'angolo di visione di 20 gradi potrebbe richiedere lenti o riflettori per ottenere il modello di fascio desiderato.
• Layout del PCB: Seguire precisamente le dimensioni meccaniche e rispettare la regola della distanza minima di 3mm tra saldatura e corpo.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai LED IR 5mm generici, il SIR383C offre una combinazione bilanciata di caratteristiche:

• Alta Intensità: La sua intensità radiante tipica di 20 mW/sr a 20mA è competitiva per i package standard da 5mm.
• Lunghezza d'Onda Precisa: Il picco a 875nm è uno standard comune, garantendo un'ampia compatibilità con i ricevitori.
• Specifiche Robuste: Le specifiche di funzionamento pulsato chiaramente definite (fino a 1A) offrono flessibilità di progettazione per applicazioni ad alta potenza impulsiva.
• Conformità Completa: La conformità a RoHS, REACH e Halogen-Free rende i progetti futuri per i mercati globali.
• Note Applicative Dettagliate: La scheda tecnica fornisce ampie linee guida su manipolazione, saldatura e conservazione, cruciali per la resa produttiva e l'affidabilità del prodotto.

9. Domande Frequenti (FAQ)

9.1 Qual è la differenza tra le specifiche di corrente diretta continua e pulsata?

La Corrente Diretta Continua (100mA) è la massima corrente continua che il LED può gestire indefinitamente senza danni, considerando i limiti termici. La Corrente Diretta di Picco (1A) è una corrente molto più alta consentita solo per impulsi molto brevi (≤100μs) con un basso ciclo di lavoro (≤1%). Ciò consente brevi lampi di luce ad alta intensità senza surriscaldare il die del LED.

9.2 Come identifico il catodo (terminale negativo)?

Il catodo è tipicamente indicato da due caratteristiche: 1) Un lato piatto sul bordo della lente rotonda del LED, e 2) Il terminale del catodo è solitamente più corto di quello dell'anodo. Verificare sempre la polarità prima della saldatura per evitare polarizzazione inversa.

9.3 Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3.3V o 5V?

No, non dovresti collegarlo direttamente. La tensione diretta del LED è circa 1.3-1.6V. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione più alta senza un resistore limitatore di corrente causerà un flusso di corrente eccessivo, potenzialmente distruggendo il LED all'istante. Utilizzare sempre un resistore in serie calcolato come R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.

9.4 Perché le condizioni di conservazione sono limitate a 3 mesi?

Il package plastico può assorbire umidità dall'aria. Durante i successivi processi ad alta temperatura come la saldatura, questa umidità intrappolata può espandersi rapidamente, causando delaminazione interna o crepe (effetto "popcorn"). Il limite di 3 mesi presuppone condizioni standard di fabbrica. Per una conservazione più lunga, è prescritto il metodo della busta secca (azoto con essiccante) per prevenire l'assorbimento di umidità.

10. Caso Pratico di Progettazione

Scenario: Progettazione di un Trasmettitore Telecomando IR a Lungo Raggio.

Obiettivo: Raggiungere una portata superiore a 30 metri in un tipico ambiente salotto.

Passaggi di Progettazione:

1. Selezione del Metodo di Pilotaggio: Per massimizzare la portata, abbiamo bisogno di una potenza ottica istantanea elevata. Pertanto, utilizzeremo il pilotaggio pulsato alla massima I_FPnominale di 1A.
2. Parametri dell'Impulso: Impostare la larghezza dell'impulso a 100μs e il ciclo di lavoro all'1% (es. 100μs ON, 9900μs OFF). Ciò garantisce di rimanere entro i Valori Massimi Assoluti.
3. Progettazione del Circuito: Può essere utilizzato un semplice interruttore a transistor (es. NPN o MOSFET a canale N) controllato da un pin GPIO di un microcontrollore. Un piccolo resistore di base/gate limita la corrente di controllo. Potrebbe essere ancora necessario un resistore in serie tra l'alimentatore e il LED per impostare l'esatta corrente di impulso di 1A, considerando la tensione di saturazione del transistor.
4. Alimentazione: La tensione di alimentazione deve essere sufficientemente alta per superare V_F(≈1.5V ad alta corrente) più la caduta di tensione sul transistor e su qualsiasi resistore in serie. Un'alimentazione a 5V è tipicamente sufficiente.
5. Modulazione: Gli impulsi IR dovrebbero essere modulati a una frequenza portante (es. 38kHz) compatibile con il ricevitore previsto. Questo viene fatto accendendo e spegnendo gli impulsi da 1A alla frequenza di 38kHz all'interno dell'inviluppo di 100μs.
6. Considerazione Termica: Sebbene il ciclo di lavoro sia molto basso, verificare che la potenza media (P_media= V_F* I_{F_media}) sia entro il limite di 150mW. Con impulsi da 1A all'1% di duty, I_{F_media}= 10mA. P_media≈ 1.5V * 0.01A = 15mW, che è ben entro i limiti.

Questo approccio sfrutta la capacità pulsata del LED per ottenere una portata significativamente maggiore rispetto a un pilotaggio continuo a 20mA.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (LED IR) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore che emette luce infrarossa non visibile quando polarizzato elettricamente in direzione diretta. Gli elettroni si ricombinano con le lacune all'interno del dispositivo, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La specifica lunghezza d'onda della luce emessa (es. 875nm) è determinata dal bandgap energetico del materiale semiconduttore utilizzato, in questo caso Arseniuro di Gallio e Alluminio (GaAlAs). La lente in epossidico trasparente non filtra la luce IR, consentendo un'elevata efficienza di trasmissione. L'intensità radiante è una misura della potenza ottica emessa per unità di angolo solido, indicando quanto è focalizzato e potente il fascio emesso.

12. Tendenze di Sviluppo

Il campo dei LED a infrarossi continua a evolversi. Le tendenze generali osservabili nel settore includono:

• Aumento dell'Efficienza: Sviluppo di nuovi materiali semiconduttori e strutture di chip (es. flip-chip, thin-film) per ottenere una maggiore intensità radiante ed efficienza wall-plug (potenza ottica in uscita / potenza elettrica in ingresso) a parità o minori dimensioni del package.
• Miniaturizzazione: Richiesta di package con impronte più piccole (es. SMD 0402, 0603) per consentire dispositivi elettronici più compatti, specialmente nell'elettronica di consumo e nei dispositivi indossabili.
• Affidabilità Migliorata: Miglioramenti nei materiali e nei processi di incapsulamento per resistere a temperature di saldatura più elevate (compatibili con i requisiti senza piombo), condizioni ambientali più severe e durate operative più lunghe.
• Soluzioni Integrate: Crescita di moduli combinati emettitore-sensore e circuiti integrati specifici per applicazione (ASIC) che includono piloti, modulatori e logica, semplificando la progettazione del sistema per gli utenti finali.
• Diversificazione della Lunghezza d'Onda: Disponibilità di LED IR a varie lunghezze d'onda di picco (es. 850nm, 940nm, 1050nm) per adattarsi a diverse applicazioni, come evitare interferenze con la luce ambientale (940nm è meno visibile) o adattarsi a specifiche sensibilità dei sensori.